Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux méthodes et outils d’ingénierie, relatifs à la production des composants mécaniques, et replacés dans le contexte industriel actuel. Il présente une application autour de l’usinage de composants mécaniques en aciers frittés. En partant de cette application, il démontre comment les techniques de base peuvent être utilisées pour conduire à une intégration efficace permettant de contrôler la production, la qualité et les coûts.
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Auteur(s)
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Jean-François RIGAL : Professeur d’Université - Directeur délégué à la conception intégrée du pôle AIP-PRIMECA (Rhône-Alpes Ouest)
INTRODUCTION
Le coût et la qualité des composants mécaniques évoluent sans cesse pour répondre aux exigences des utilisateurs de produits mécaniques. Ces progrès s’appuient sur l’évolution des outils et des méthodes en génie mécanique. Depuis les années 1970, les efforts ont porté sur les systèmes flexibles de production. Dans les années 1980, de nombreux logiciels d’aide aux métiers ont commencé à se répandre. Dans la période suivante, ce sont les télécommunications et les échanges de données, qui se sont largement développés. Des méthodes pour une organisation en parallèle des activités ou une ingénierie simultanée ont été mises au point. Simultanément, dans les domaines techniques et scientifiques en mécanique, de nouveaux procédés d’obtention de forme tels que l’usinage à grande vitesse, les bruts forgés, moulés ou pressés (« net to shape »), etc. se sont développés et ont participé aux progrès poursuivis. Aujourd’hui, il s’agit d’intégrer ces évolutions dans le monde des acteurs techniciens, ingénieurs et manageurs de la production. Le but de cet article est de présenter des méthodes et des outils pour avancer dans cette voie en s’appuyant sur une application d’usinage en finition de composants mécaniques semi-finis par frittage.
Tout d’abord, au paragraphe 1, nous préciserons les liens techniques et les types d’outils d’ingénierie exploités pour communiquer dans un espace qui considère globalement le management, le produit et la production.
Au paragraphe 2, les conditions de production des composants mécaniques frittés et usinés sont rappelées et la mauvaise usinabilité de ces matériaux issus de la métallurgie des poudres est expliquée.
Une méthodologie générale pour quantifier les divers aspects de l’usinabilité d’un matériau à travers l’approche industrielle du Couple Outil Matière (COM) est exposée au paragraphe 3. Elle est ensuite appliquée au paragraphe 4 pour divers outils de tournage de finition de composants en aciers frittés. Des problèmes spécifiques d’usinage avec chocs, de bavure et de qualité des surfaces obtenues sont considérés.
Enfin, au paragraphe 5, les problèmes d’optimisation des choix d’usinage et de production sont abordés et appliqués au cas du paragraphe précédent. Les méthodes et les outils mis en œuvre pour cette optimisation sont présentés.
La conclusion a pour objectif de rappeler les résultats de l’application et de montrer que la prise en compte des contraintes techniques et des données d’ingénierie retenues conduisent à des choix d’optimums locaux et globaux de production.
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Application du COM pour la production de composants mécaniques frittés et usinés
En anglais
3. Prévisions de production en usinage basées sur la méthodologie COM
3.1 Caractérisation du procédé d’usinage par outil coupant
La méthodologie du couple outil matière (COM) appliquée dans le domaine de l’usinage par outil coupant, est rappelée dans ce paragraphe. Définir un COM consiste à définir des plages de fonctionnement des paramètres de coupe (vitesse de coupe Vc , avance f ou fz, pénétration ap, ae ) et de la durée de vie de l’outil (T ). Certains paramètres, appelés paramètres auxiliaires, sont également définis pour calculer les efforts et les puissances de coupe.
La figure 6 est un diagramme précisant les cinq activités (Ai ) qui s’enchaînent séquentiellement pour définir un COM. Les données d’entrée correspondent aux descriptions des matériaux usinant et usiné, des géométries de l’outil et des opérations d’usinage. Les données de sortie sont les plages d’utilisation des paramètres de coupe, définies par une valeur minimale et une valeur maximale, et les paramètres auxiliaires utilisés pour définir la durée de vie et les efforts de coupe. Les activités se déroulent sur une machine outil de production équipée d’un wattmètre ou d’un dynamomètre pour mesurer l’énergie ou l’effort de coupe. Par ailleurs, un binoculaire est utilisé pour mesurer l’évolution de l’usure (l’ordre de grandeur des mesures maximales varie de 0,1 à 0,5 mm) et l’état de la surface obtenue peut être contrôlé avec un perthomètre. Le diagramme de la figure 6 concerne plus spécifiquement le procédé de tournage. Les activités ou actions Ai, de natures diverses (données fournisseur, expériences, modèles empiriques,...) sont décrites avec plus de détail dans la suite. Ces activités se déroulent sous contrôle (flèches arrivant sur le bord supérieur des rectangles, figure 6). Le contrôle porte essentiellement sur l’effort de coupe spécifique ou effort par unité de section du copeau, Kc, et sur la durée de vie de l’outil T. Kc doit rester dans la proximité de valeurs connues pour des COM analogues avec des matériaux usinant et usiné et ou des géométries d’outil voisines. En pratique, on peut considérer...
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - BERG (S.) - Machinability of Sintered Steels. Guidelides for...
NORMES
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STEP Product Data Representation and Exchange (Systèmes d’automatisation industrielle et intégration). - ISO 10303 - 1994
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Spécification géométrique des produits (GPS) – Schéma directeur. - ISO/TR 14638 - 1995
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Standard Specification for Materials for Ferrous Powder Metallurgy (P/M) structural parts. - ASTM B 783-04 - 2004
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Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière. Partie 1 : présentation générale. - NF E 66-520-1 - 1997
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Matériaux métalliques frittés – Spécifications. - ISO 5755 - 2001
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